氫滲透進入金屬內部而造成金屬性能劣化稱為氫損傷，也叫氫破壞。氫損傷可分為四種不同類型：氫鼓泡、氫脆(cui)、脫碳和氫腐蝕。
1. 氫鼓(gu)泡（hydrogen blister）
氫(qing)(qing)(qing)鼓泡及氫(qing)(qing)(qing)誘(you)發階梯裂紋主(zhu)要發生在(zai)(zai)(zai)含濕硫化氫(qing)(qing)(qing)的介質中(zhong)。硫化氫(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)水中(zhong)離解，鋼在(zai)(zai)(zai)硫化氫(qing)(qing)(qing)水溶液中(zhong)發生電(dian)化學腐蝕。鋼在(zai)(zai)(zai)這種環(huan)境中(zhong)，不僅會由于陽極反應而(er)(er)(er)發生一股腐蝕，而(er)(er)(er)且由于S2-在(zai)(zai)(zai)金屬表(biao)面的吸(xi)附對氫(qing)(qing)(qing)原(yuan)子復合(he)氫(qing)(qing)(qing)分(fen)(fen)子有阻礙作(zuo)用(yong)，從(cong)而(er)(er)(er)促進氫(qing)(qing)(qing)原(yuan)子往(wang)金屬內(nei)(nei)滲透。當氫(qing)(qing)(qing)原(yuan)子向鋼中(zhong)滲透擴散時(shi)，遇到(dao)了裂縫、分(fen)(fen)層、空隙，夾渣等缺陷，就聚集起來結(jie)合(he)成(cheng)氫(qing)(qing)(qing)分(fen)(fen)子造成(cheng)體積膨脹，在(zai)(zai)(zai)鋼材內(nei)(nei)部產(chan)生極大(da)壓力（可達數百MPa）。如果(guo)這些缺陷在(zai)(zai)(zai)鋼材表(biao)面附近，則(ze)形成(cheng)鼓泡，鼓泡機(ji)理(li)如圖8.1.11所示。
如果(guo)這些缺(que)陷在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)(gang)的(de)內部深處(chu)，則形成誘發(fa)(fa)裂紋(wen)(wen)。它是沿軋制方(fang)向(xiang)上產生的(de)相互平行的(de)裂紋(wen)(wen)，被短的(de)橫向(xiang)裂紋(wen)(wen)連接(jie)起來形成“階梯”。氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘發(fa)(fa)階梯裂紋(wen)(wen)輕者(zhe)使鋼(gang)(gang)材脆化(hua)(hua)(hua)，重(zhong)者(zhe)會使有效壁厚(hou)減(jian)小(xiao)到管通(tong)過載、泄漏(lou)甚至斷裂。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓泡需要一個硫化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)臨界濃(nong)度值(zhi)。有資(zi)料介紹，硫化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)分壓在(zai)(zai)(zai)138Pa時(shi)將產生氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓泡。如果(guo)在(zai)(zai)(zai)含濕(shi)硫化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質(zhi)中同時(shi)存在(zai)(zai)(zai)磷化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)、砷、蹄的(de)化(hua)(hua)(hua)合物及(ji)CN2-離子時(shi)，則有利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)向(xiang)鋼(gang)(gang)中滲(shen)透(tou)，它們(men)都是滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)(qing)加(jia)速劑。氫(qing)(qing)(qing)(qing)鼓泡及(ji)氫(qing)(qing)(qing)(qing)誘發(fa)(fa)階梯裂紋(wen)(wen)一般發(fa)(fa)生在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)(gang)板卷制的(de)管道上。
2. 氫脆(cui)（hydrogen embrittlement）
不論以什么方式進入鋼內的氫，都將引起鋼材脆化，即延伸率、斷面收縮率顯著下降，高強度鋼尤其嚴重。若將鋼材中的氫釋放出來（如加熱進行消氫處理），則鋼的機械性能仍可恢復。氫脆是可逆的。HS-H2O介質常溫腐蝕碳鋼管道能滲氫，在高溫高壓臨氫環境下亦能滲氫；在不加緩蝕劑或緩蝕劑不當的酸洗過程能滲氫，在雨天焊接或在陰極保護過度時亦會滲氫。
3. 脫碳（decarburization）
在工業制氫裝置中，高溫氫氣管道易產生碳損傷。鋼中的滲碳體在高溫下與氫氣作用生成甲烷：Fe3C+2H2→3Fe+CH4↑。反應結果導致表面層的滲碳體減少，而碳便從鄰近的尚未反應的金屬層逐漸擴散到該反應區，于是有一定厚度的金屬層因缺碳而變為鐵素體。脫碳的結果造成鋼的表面強度和疲勞極限的降低。
4. 氫腐(fu)蝕(shi)
鋼受到高溫高壓氫作(zuo)用后，其(qi)機械性(xing)能變劣，強度(du)、韌性(xing)明顯降(jiang)低，并且是不可逆的，這種現(xian)象(xiang)叫(jiao)作(zuo)氫腐(fu)蝕。氫腐(fu)蝕的歷程(cheng)可用圖8.1.12來解(jie)釋(shi)。
氫(qing)腐蝕(shi)的過程大致(zhi)可分(fen)為三個階(jie)段：①. 孕(yun)育(yu)期。鋼的性能沒有變化(hua)。②. 性能迅速變化(hua)階(jie)段。迅速脫碳，裂紋(wen)快速擴(kuo)展。③. 最后(hou)階(jie)段。固(gu)溶體中碳已耗(hao)盡。
氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)孕育(yu)期是(shi)重要的(de)(de)(de)，它往往決(jue)定了鋼(gang)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。某氫(qing)(qing)壓力下產生氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)有一(yi)(yi)(yi)起(qi)始溫(wen)(wen)度(du)，它是(shi)衡量鋼(gang)材抗氫(qing)(qing)性能(neng)的(de)(de)(de)指標(biao)。低于(yu)(yu)這個(ge)溫(wen)(wen)度(du)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)反(fan)應速(su)率極慢，以(yi)至孕育(yu)期超過正常使(shi)用(yong)壽命。碳鋼(gang)的(de)(de)(de)這一(yi)(yi)(yi)溫(wen)(wen)度(du)大約(yue)(yue)在(zai)220℃左右。氫(qing)(qing)分壓也有一(yi)(yi)(yi)個(ge)起(qi)始點（碳鋼(gang)大約(yue)(yue)在(zai)1.4MPa左右），即(ji)不(bu)管(guan)溫(wen)(wen)度(du)多高，低于(yu)(yu)此(ci)分壓，只發(fa)生表面脫碳而不(bu)發(fa)生嚴(yan)重的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)。各種抗氫(qing)(qing)鋼(gang)發(fa)生腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)和壓力組合條件，就是(shi)著名的(de)(de)(de)Nelson曲(qu)線(xian)(xian)（在(zai)很(hen)多管(guan)道器材選用(yong)標(biao)準規范內均有此(ci)曲(qu)線(xian)(xian)圖，例如(ru)SH 3059《石(shi)油化(hua)工管(guan)道設計器材選用(yong)通則》）。冷加(jia)工變形(xing)、提高了碳氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)擴散能(neng)力，對(dui)(dui)氫(qing)(qing)腐(fu)蝕(shi)起(qi)加(jia)速(su)作用(yong)。Nelson 曲(qu)線(xian)(xian)是(shi)對(dui)(dui)退(tui)火(huo)鋼(gang)所(suo)得(de)的(de)(de)(de)經驗曲(qu)線(xian)(xian)，如(ru)鋼(gang)在(zai)調質或正火(huo)-回火(huo)狀態下使(shi)用(yong)，則不(bu)能(neng)完全(quan)搬用(yong)此(ci)曲(qu)線(xian)(xian)。該曲(qu)線(xian)(xian)沒有考慮(lv)焊縫(feng)、熱影(ying)響區、鋼(gang)中夾雜物(wu)、制造工藝等影(ying)響，也未考慮(lv)含氫(qing)(qing)介質中其他氣體的(de)(de)(de)影(ying)響，因(yin)而使(shi)用(yong)Nelson 曲(qu)線(xian)(xian)時必須(xu)謹慎。
防止氫腐蝕的(de)措施主要(yao)是：
①. 合理(li)使(shi)用(yong)抗氫鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，提高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)抗氫腐蝕性能。工(gong)程設(she)計選(xuan)材時，碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)不同(tong)類別(bie)鉻鉬鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)使(shi)用(yong)極限是按介質的(de)溫度和(he)氫分(fen)壓(ya)，根據納爾(er)遜（Nelson）曲(qu)線(xian)確定(ding)的(de)。Nelson（納爾(er)遜）曲(qu)線(xian)摘自(zi)API RP941《煉(lian)油廠(chang)和(he)石油化工(gong)廠(chang)用(yong)高溫高壓(ya)臨氫作業用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)》，見(jian)本書第五(wu)章所示(shi)。該標準規定(ding)在選(xuan)擇材料時應在相關曲(qu)線(xian)之下增加一定(ding)的(de)安(an)全儲備，曲(qu)線(xian)溫度一般取設(she)計溫度加28℃，曲(qu)線(xian)壓(ya)力取設(she)計壓(ya)力加0.35MPa。
②. 為避(bi)免存(cun)在(zai)氫(qing)的靜止積聚形成氫(qing)脆，在(zai)管件(jian)選擇上盡可能選擇對焊管件(jian)。
③. 設計溫度(du)≤230℃的(de)含氫管道，不管多(duo)少壓力，使(shi)用(yong)碳鋼是可以的(de)，不需(xu)要使(shi)用(yong)抗氫鋼。
④. 18-8型(xing)鉻鎳鋼具有(you)良好的抗氫(qing)腐蝕性能，又有(you)優良的耐(nai)熱性和工藝性，在納爾(er)遜曲線的所有(you)溫度和氫(qing)分壓(ya)范圍內(nei)使(shi)用(yong)，均較理想，焊后也無須進行(xing)消(xiao)除應力熱處理。
